单片机控制自动往返小车

单片机通过用汇编语言或者语言编程，可以实现不同情况下的，不同电路的自动控制，用它可以开发很多智能的玩具，如机器人遥控飞机智能车，实际生活中的很多电器，例如电冰箱全自动洗衣机空调等，还有就是很多测量仪器以及高科技的空间探测，宇宙探索等都用到单片机，可以说现在生活中大多数的智能物品都用到单片机，围绕单片机以及嵌入式系统形成的电子产业将会是个持续发展，愈来愈具有竞争力，愈来愈具有生命力的产业，电子世界将会更具有魅力。

现今的世界，传感器的应用无处不在，自动电梯，保安系统，路灯的控制等，天气中的温度湿度等等。

而自动导航在实际中的应用也很广，包括航天事业中的自动导航，全球定位系统，视觉导航等，随着传感器技术，计算机网络技术，图像处理技术的飞速发展，自动导航将进步得到发展，而智能机器人也将进步发展，代替人在些环境艰难的地方工作。

本设计正是基于汽车的自动控制安全定位等技术而进行的研究和尝试。

试验所用的小汽车由玩具小汽车改装而成，主要通过单片机实现对小汽车运动的自动控制。

小汽车在没有干扰的情况下，可以自动按照给定的路径行驶。

并且能依照程序的指令，即时做到停进退加速或减速等功能要求。

本课题综合运用了单片机技术自动控制理论检测技术等。

使小车能在无人操作情况下，借助传感器识别路面环境，由单片机控制行进，实现初步的无人控制。

第章总体方案设计与论证第节设计要点目严格规定了跑道上起跑线终点线和几条重要标记线的位置以及限速区的长度。

要求使总往返时间最短即在题目允许的情况下尽可能提高车速，而通过低速区的时间不得少于秒，但不允许在低速区内停车，这就要我们设计出使小车从高速平稳地降低到个可以满足题目要求的速度的方案。

车停止的定位也是个要点。

要想使小车停止时的中心线离终点线和起跑线偏差最小，就要考虑小车在不同负载情况下的惯性路面情况等诸多因素，须理论计算或实验测量。

定的跑道只有宽，长约十几米，要使小车在这样宽度的条跑道中往返三十余米，难免会碰上挡板。

而碰上挡板后对小车的速度会有很大影响。

因此如何解决碰撞挡板的问题十分关键。

车在行驶过程中，由于颠簸或以外，造成标志线检测出错的情况，必须考虑系统检测的就错能力。

部电路都安装在小车上采用电池供电，而电池电量及功率有限，这就意味着所采用的芯片要越少越好，电路功耗越低越好。

第二节系统方案本题要求小车具有定的智能性，对此类控制系统，单片机作为核心控制器构成的信号采集变换控制显示为体的系统因为有单片机软件和算法的支持，可以使硬件电路简单，控制灵活实现方便。

我们采用单片机为核心的系统框图如图所示。

图系统框图其中，速度位置的检测都是由系列反射式光电开关完成的。

他们输出的开关量送入单片机进行处理，单片机在收到这些信号时，做出相应的处理，比如发出脉冲调制信号去控制电机，输出液晶显示字符，输出语音等等。

外部时钟的作用是记录小车运行总时间和计时停留秒。

要使往返总时间最短，我们设计了理想的小车在各段运动速度曲线如图。

从点出发时，小车立即加速至最快，接着以最快速度通过段，因为段的长度在米范围内不固定，所以小车只有在经过时开始减速，并以速度运行，只要能满足已经在段内运行了秒之后，就可以全力加速。

当以最高速通过时，小车立即减速，刚好在处停止。

返回时，也按类似的速度曲线行驶。

因为段的时间是最少为秒的，所以能争取在段之外用时最少，也就意味着总往返时间最短。

该曲线中，系列中的单片机。

该单片机具有内部程序存储器，字节的内部数据存储器以及个内部时钟和个可编程位输入输出口，具有完成题目的足够资源。

另外，实验室有支持此单片机的语言编译器和仿真器，所以选择以单片机为核心设计电路。

第二节光电检测光电开关基本原理该系统中，速度位移位置等量的检测都是通过光电开关直接或间接检测到的。

采用集成电路技术制造的新代光电开关器件具有延时展宽外同步抗相互干扰可靠性高和工作区域稳定等优良性能。

这种光电开关采用脉冲调制的主动式光电探测系统，可在物位检测速度检测液位控制计数宽度判别等诸多领域。

光电开关按检测方式可分为对射式和反射式两种。

对射式光电开关的原理如图和所示。

图对射式图反射式由于本题不允许在跑道上设置检测装置，故无法应用对射式光电开关探测跑道标志，只能采用反射式光电开关。

图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，经发光管辐射出光脉冲。

当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管。

并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或积分方式排除干扰，最后经延时或不延时触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物体在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态。

从而可使其保持在稳定工作区。

图反射式光电开关的工作原理框图二实际电路采用的光电开关是种放大器分离型光电开关。

实际电路图如图所示。

当反射面为亮色光滑反射面时，传感器输出低电平当反射面为无光黑色粗糙表面时，传感器输出高电平。

图反射式光电开关接口电路三采样方式把光电传感开关装在车底对路面探测，可以很容易探测到跑道上的黑色标志。

又因为放大器分离形式将放大器与传感器分离，并采用集成电路和混合安装工艺制成，所以具有超小的体积，比放大器内藏型和电源内藏型更便于安装在小车底部，所以我们采用了此种光电开关作为检测部件。

图传感器安装位置在车上如图所示的六个位置上各安装了个反射式光电开关。

当路面为白纸时，光电开关输出低电平，若黑色标志来临，光电开光必输出高电平。

单片机以查询方式就可以检测到此脉冲，从而达到定位的目的。

同理，在车轮的黑色背景上标以等距白线，用光电开关加以探测，如图所示，单片机就可凭借光电开关的脉冲信号和车轮周长等信息进行速度行程计算。

第三节电机控制电机控制方法些场合往往要求电动机的转速在定范围内调节，例如电车机床吊车等，调速范围根据负载的要求而定。

由公式其中电枢转速电机端电压电机端电流，电枢电阻常数每极总磁通由式可以看出，调速可以有三种方法改变电机端电压，即改变电枢电源电压改变磁通，即改变激磁回路的调节电阻以改变激磁电流在电枢回路中串联调节电阻，如图所示。

此时的转速公式为电枢调节回路脉宽调制实际上就是改变电机端电压的平均值从而进行调速的种方法。

这种方法便于与单片机等数字系统接口，实现方便，而后两种方法必须要配合定的外围模拟电路才能达到单片机控制目的，所以我们采用了脉宽调制方法。

经实验，小车在自由减速状态下，要前冲段距离才能够停下，这段距离的大小还因小车质量的增加而变长。

为了使小车在减速时能够获得更大的加速度，使用了两种减速控制方案。

在小车减速时，发出使小车向相反方向运行的脉冲，以缩短停车时间。

采取如图刹车电路，在刹车瞬间口输出高电平，使继电器吸合。

由于此时直流电动机是作为负载被拖动，实际成为了发电机，若此时在电动机两端并接电阻放电，那么电机就会被锁死，起到了刹车的作用。

这种方法比的方法更能有效地停住电机。

图刹车电路上述两种方法，可以根据具体要求单独使用或配合使用，以达到不同的减速和刹车效果。

电路图设计要求小车能够前行和后退，为此我们采用了如图所示的电路。

以单片机的两个引脚的置低分别控制前进和后退。

图小车前进倒退控制电路第四节显示液晶显示器用于显示往返次的时间和行驶距离。

目前较常见的和单片机接口的显示方式有七段数码管和液晶显示器两种。

七段数码管具有价格便宜亮度较高的优点，但它的大缺点，也是我们没有选择它的原因就是，七段数码管的功耗远远大于液晶显示器。

这在靠电池供电工作的小车上是不现实的。

而液晶显示器的功耗很小每平方厘米在以下，同样的显示面积，其功耗比显示器小几百倍。

所以可以将其安装在小车上。

在显示方式上，我们采用时间和距离切换的方式。

但液晶屏中间显示有时，表示此时显示的时往返的总时间精确到秒反之，则表示当前显示的时往返总距离精确到厘米。

第五节语音芯片语音报数和状态报数是由语音芯片和其他些外围器件共同组成。

它可实现玩具汽车的距离和时间进行报数的功能。

芯片采用技术，内含振荡器话筒前置放大自动增益控制，防混淆滤波器平滑滤波器扬声驱动及阵列。

在录放结束后，芯片自动进入节电模式，电流仅为。

芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值直接存储在片内单个中，因而能真实自然地再现语音。

因而具有低功耗高保真录放的特点。

语音芯片的电路如图所示。

图语音播放控制电路本电路将最高两位置低，使所有输入作为地址用，采用边沿触发放音。

的录音时间为二十秒，最大段数为，最小段长为。

考虑到实际需要及器件的性质，我们将其分为二十段。

首先对其按照定的顺序将所需的语音录入到指定的存储器中。

通过单片及与其之间的接口设计就可组合成所需要表达的信息。

语音地址分配如表所示。

表语音地址分配地址语音二三四五六七八九零地址语音点距离米时间分秒注所示地址为每段的起始地址第六节时钟芯片为节省单片机内部时钟资源，我们把计时功能交给外界时钟芯片。

是种涓流充电时钟芯片，内含有个时钟日历和字节静态，通过简单的串行接口于单片机进行通讯。

该时钟芯片具有极低的功耗工作电流时小于，符合我们的要求。

第七节供电方式由于电机耗电量较大，我们把电